Energía
Quizás el concepto más importante de toda la ciencia sea la energía. La combinación de
energía y materia forma el Universo: la materia es sustancia, en tanto que la energía es
lo que genera un cambio en la sustancia. Es fácil de entender la idea de materia. La
materia es lo que podemos ver, oler y sentir. Tiene masa y ocupa espacio. En cambio, el
concepto de energía es mucho más abstracto: aunque nos sea familiar, resulta difícil
definirlo.
En primer lugar, podemos decir que las personas1, los lugares y las cosas TIENEN o
ALMACENAN energía en DISTINTAS FORMAS2 (cinética de traslación, cinética de
rotación, potencial
gravitatoria, potencial
elástica, química, térmica,
nuclear, etc). Algunas de
estas formas las
analizaremos en esta
cursada y otras quedaran
para física II.
Más allá de esto,
observamos la presencia de
la energía sólo cuando esta
SE TRANSFIERE o SE
TRANSFORMA. Nos llega en IlCentral hidroeléctrica de Río Grande (Córdoba)
forma de ondas
electromagnéticas del Sol y la sentimos como energía térmica; es captada por las plantas
y une las moléculas de la materia; está en el alimento que comemos y la recibimos a
través de la digestión.
En otras palabras, evidenciamos la presencia de energía cuando se observa
transferencia o transformación de esta durante un proceso físico bajo análisis: lo que
evidenciamos es un CAMBIO DE ENERGÍA (un ΔE). En este sentido podemos decir que:
La energía se puede «consumir» (es lo que hace un artefacto u organismo para
funcionar).
1
Tú organismo es una máquina; una máquina maravillosa. Está formada por máquinas más pequeñas, que
son las células. Como ocurre con cualquier máquina, las células vivas necesitan una fuente de energía. En
el reino animal, las células se alimentan de diversos compuestos hidrocarbonados que liberan energía al
reaccionar con el oxígeno. Al igual que lo que sucede con la nafta que se quema en un motor de
automóvil, hay más energía potencial en las moléculas del alimento que en los desechos que quedan
después de haber metabolizado el alimento. La diferencia de energías es lo que sostiene la vida.
2
Para más detalles ver apartado Fuentes de energía.
,La energía se puede «entregar» (lo que realizan un motor o una lamparita que
entregan energía cinética o luminosa)
La energía se puede «producir» (cuando un mecanismo transforma energía. Como
ocurre en una central eléctrica.)
Además, para que un cuerpo sufra una variación de energía (un ΔE) necesita
interaccionar con otro cuerpo mediante alguno de estos tres procesos3:
CALOR. Intercambio de energía que se produce a causa de una diferencia de
temperatura entre objetos. La energía viaja por medio de choques microscópicos
RADIACIÓN. Intercambio de energía a través de ondas electromagnéticas que emite un
objeto y absorbe otro. (TODOS los objetos que se encuentran a una temperatura
diferente de 0 K, emiten ondas electromagnéticas permanentemente y las
características de estás dependen de la temperatura de los objetos)
TRABAJO. Intercambio de energía a través de fuerzas que se hacen los objetos entre sí.
Nos centraremos en el último de estos procesos.
Trabajo
Seguramente estaremos de acuerdo en que cuesta “trabajo” mover un sofá pesado,
levantar un libro hasta colocarlo en un estante alto, o empujar un auto para retirarlo de
la ruta. Todos estos ejemplos concuerdan con el significado cotidiano de trabajo:
cualquier actividad que requiere esfuerzo muscular o mental.
Prensa hidráulica de 50000 toneladas. … el tamaño, a veces, es importante.
3
Como siempre, existen excepciones a la regla: por ejemplo, cuando un isótopo radioactivo fisiona, la
diferencia de energía proviene de la diferencia de masa (multiplicada por el cuadrado de la velocidad de
la luz)
, Sin embargo, en física el trabajo tiene una definición mucho más precisa. En estos tres
ejemplos realizamos trabajo ejerciendo una fuerza sobre un cuerpo mientras éste se
mueve de un lugar a otro, es decir, sufre un desplazamiento. Efectuamos más trabajo si
la fuerza es mayor (empujamos más fuerte el auto) o si el desplazamiento es mayor (lo
empujamos una mayor distancia).
Definición física de trabajo:
Existen casos particulares que son fáciles de estudiar y que nos van a permitir llegar a
una expresión general para el trabajo. Estos serán analizados en la tabla inferior
Si la fuerza ES CONSTANTEMENTE PERPENDICULAR al WF = 0
desplazamiento (esto significa que el ángulo que forman es de
Fuerza
90º), se observa en este caso que la fuerza está actuando, pero
el objeto no varía su velocidad (queda en reposo o a velocidad
constante). En este caso, la fuerza no realiza trabajo alguno.
Desplazamiento
Si la fuerza NO CAMBIA de módulo y tiene LA MISMA WF = IFI . d
DIRECCIÓN Y SENTIDO que el desplazamiento, el ángulo que
Fuerza
forman ambos vectores es 0º. En este caso el trabajo es
máximo.
Desplazamiento
Si la fuerza NO CAMBIA de módulo y tiene LA MISMA WF = - IFI . d
DIRECCIÓN Y SENTIDO OPUESTO que el desplazamiento, el
Fuerza
ángulo que forman ambos vectores es de 180 grados. En pocas
palabras, la fuerza se opone al movimiento y el trabajo posee Desplazamiento
signo negativo.
Si la fuerza NO CAMBIA de módulo y su dirección y sentido WF = IFI . d cos α
forma un ÁNGULO CONSTANTE α con el desplazamiento, se
Fuerza
observa que el trabajo va a depender de este ángulo. Si
razonamos un poco más y notamos que cuando los vectores
fuerza y desplazamiento son PARALELOS el trabajo es máximo, α
Desplazamiento
y que cuando son PERPENDICULARES el trabajo es nulo,
aparece una función que justamente nos da esta idea: el
coseno.
Es importante entender que el trabajo puede ser positivo, negativo o cero. Ésta es la
diferencia esencial entre la definición de trabajo en física y la definición “cotidiana” del
mismo. Si la fuerza tiene una componente en la misma dirección que el desplazamiento
(α entre 0 y 90), cos α es positivo y el trabajo W es positivo. Si la fuerza tiene una
componente opuesta al desplazamiento (α entre 90° y 180°), cos α es negativo y el
Quizás el concepto más importante de toda la ciencia sea la energía. La combinación de
energía y materia forma el Universo: la materia es sustancia, en tanto que la energía es
lo que genera un cambio en la sustancia. Es fácil de entender la idea de materia. La
materia es lo que podemos ver, oler y sentir. Tiene masa y ocupa espacio. En cambio, el
concepto de energía es mucho más abstracto: aunque nos sea familiar, resulta difícil
definirlo.
En primer lugar, podemos decir que las personas1, los lugares y las cosas TIENEN o
ALMACENAN energía en DISTINTAS FORMAS2 (cinética de traslación, cinética de
rotación, potencial
gravitatoria, potencial
elástica, química, térmica,
nuclear, etc). Algunas de
estas formas las
analizaremos en esta
cursada y otras quedaran
para física II.
Más allá de esto,
observamos la presencia de
la energía sólo cuando esta
SE TRANSFIERE o SE
TRANSFORMA. Nos llega en IlCentral hidroeléctrica de Río Grande (Córdoba)
forma de ondas
electromagnéticas del Sol y la sentimos como energía térmica; es captada por las plantas
y une las moléculas de la materia; está en el alimento que comemos y la recibimos a
través de la digestión.
En otras palabras, evidenciamos la presencia de energía cuando se observa
transferencia o transformación de esta durante un proceso físico bajo análisis: lo que
evidenciamos es un CAMBIO DE ENERGÍA (un ΔE). En este sentido podemos decir que:
La energía se puede «consumir» (es lo que hace un artefacto u organismo para
funcionar).
1
Tú organismo es una máquina; una máquina maravillosa. Está formada por máquinas más pequeñas, que
son las células. Como ocurre con cualquier máquina, las células vivas necesitan una fuente de energía. En
el reino animal, las células se alimentan de diversos compuestos hidrocarbonados que liberan energía al
reaccionar con el oxígeno. Al igual que lo que sucede con la nafta que se quema en un motor de
automóvil, hay más energía potencial en las moléculas del alimento que en los desechos que quedan
después de haber metabolizado el alimento. La diferencia de energías es lo que sostiene la vida.
2
Para más detalles ver apartado Fuentes de energía.
,La energía se puede «entregar» (lo que realizan un motor o una lamparita que
entregan energía cinética o luminosa)
La energía se puede «producir» (cuando un mecanismo transforma energía. Como
ocurre en una central eléctrica.)
Además, para que un cuerpo sufra una variación de energía (un ΔE) necesita
interaccionar con otro cuerpo mediante alguno de estos tres procesos3:
CALOR. Intercambio de energía que se produce a causa de una diferencia de
temperatura entre objetos. La energía viaja por medio de choques microscópicos
RADIACIÓN. Intercambio de energía a través de ondas electromagnéticas que emite un
objeto y absorbe otro. (TODOS los objetos que se encuentran a una temperatura
diferente de 0 K, emiten ondas electromagnéticas permanentemente y las
características de estás dependen de la temperatura de los objetos)
TRABAJO. Intercambio de energía a través de fuerzas que se hacen los objetos entre sí.
Nos centraremos en el último de estos procesos.
Trabajo
Seguramente estaremos de acuerdo en que cuesta “trabajo” mover un sofá pesado,
levantar un libro hasta colocarlo en un estante alto, o empujar un auto para retirarlo de
la ruta. Todos estos ejemplos concuerdan con el significado cotidiano de trabajo:
cualquier actividad que requiere esfuerzo muscular o mental.
Prensa hidráulica de 50000 toneladas. … el tamaño, a veces, es importante.
3
Como siempre, existen excepciones a la regla: por ejemplo, cuando un isótopo radioactivo fisiona, la
diferencia de energía proviene de la diferencia de masa (multiplicada por el cuadrado de la velocidad de
la luz)
, Sin embargo, en física el trabajo tiene una definición mucho más precisa. En estos tres
ejemplos realizamos trabajo ejerciendo una fuerza sobre un cuerpo mientras éste se
mueve de un lugar a otro, es decir, sufre un desplazamiento. Efectuamos más trabajo si
la fuerza es mayor (empujamos más fuerte el auto) o si el desplazamiento es mayor (lo
empujamos una mayor distancia).
Definición física de trabajo:
Existen casos particulares que son fáciles de estudiar y que nos van a permitir llegar a
una expresión general para el trabajo. Estos serán analizados en la tabla inferior
Si la fuerza ES CONSTANTEMENTE PERPENDICULAR al WF = 0
desplazamiento (esto significa que el ángulo que forman es de
Fuerza
90º), se observa en este caso que la fuerza está actuando, pero
el objeto no varía su velocidad (queda en reposo o a velocidad
constante). En este caso, la fuerza no realiza trabajo alguno.
Desplazamiento
Si la fuerza NO CAMBIA de módulo y tiene LA MISMA WF = IFI . d
DIRECCIÓN Y SENTIDO que el desplazamiento, el ángulo que
Fuerza
forman ambos vectores es 0º. En este caso el trabajo es
máximo.
Desplazamiento
Si la fuerza NO CAMBIA de módulo y tiene LA MISMA WF = - IFI . d
DIRECCIÓN Y SENTIDO OPUESTO que el desplazamiento, el
Fuerza
ángulo que forman ambos vectores es de 180 grados. En pocas
palabras, la fuerza se opone al movimiento y el trabajo posee Desplazamiento
signo negativo.
Si la fuerza NO CAMBIA de módulo y su dirección y sentido WF = IFI . d cos α
forma un ÁNGULO CONSTANTE α con el desplazamiento, se
Fuerza
observa que el trabajo va a depender de este ángulo. Si
razonamos un poco más y notamos que cuando los vectores
fuerza y desplazamiento son PARALELOS el trabajo es máximo, α
Desplazamiento
y que cuando son PERPENDICULARES el trabajo es nulo,
aparece una función que justamente nos da esta idea: el
coseno.
Es importante entender que el trabajo puede ser positivo, negativo o cero. Ésta es la
diferencia esencial entre la definición de trabajo en física y la definición “cotidiana” del
mismo. Si la fuerza tiene una componente en la misma dirección que el desplazamiento
(α entre 0 y 90), cos α es positivo y el trabajo W es positivo. Si la fuerza tiene una
componente opuesta al desplazamiento (α entre 90° y 180°), cos α es negativo y el
